1、 毕业设计说明书 BJ2022 汽车单级主减速器及差速器的结构设计与强度分析 学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师： 2012 年 6 月 0801074117 机电工程学院 地面武器机动工程 BJ2022 汽车单级主减速器及差速器的结构设计与强度分析 摘要 汽车主减速器 及差速器是汽车传动中 最重要 的部件之一。它能够将万向传动装置传来 的发动机转矩传给驱动车轮，以实现降速增扭。 本次设计的是有关 BJ2022 汽车 的主减速器和差速器 ， 并要使其具有通过性。本次设计的内容包括有：方案选择，结构的优化与改进 。齿轮与齿轮轴的设计与校核 。并且在设计过程中，描述了主减速器的组成和
2、差速器的差速原理和差速过程。 方案确定主要依据原始设计参数，对比同类型的减速器及差速器，确定此轮的传动比，并对其中重要的齿轮进行齿面接触和齿轮弯曲疲劳强度的校核。而对轴的设 计过程中着重齿轮的布置，并对其受最大载荷的危险截面进行强度校核 。 主减速 器及差速器对提高汽车行驶平稳性和其通过性有着独特的作用，是汽车设计的重点之一。 关键词： 驱动桥， 主 减速器，差速器， 半轴 BJ2022 car single stage and the structure of the main reducer differential design and strength analysis ABSTRAC
3、T Automobil reduction final drive and differential is one of the best impossible parts in automobile gearing. It can chang speed and driving tuist within a big scope . The problem of this design is BJ2022 car differential unit ,it s properly in common use . The design of scheme, the better design an
4、d improvement of structure ,the design and calibration of gear and gear shiftes , and the select of bearings , and also the design explain the construction of differential action . The ting of the scheme desierment main deside. The drive ratio of gear,according to orginal design parameter and constr
5、asting the same type reduction final drive ang differential assay . It realize planet gear in the design of structure . It put to use alteration better gears transmission in the design of gear , and compare the root contact tired strength of some important gears and the face twirl tired strength . I
6、t eraphaize pay attention to the place of gears. Compare the strength of the biggest load dangraes section. It require structure simple and accord with demand in select of bearings . The Lord reducer to improve the car driving and differential stability and its through sex has a unique function, is
7、one of the focal points of automotive design. Key words : Drive axle,Main reducer,Differential,Axle 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 选题的背景与意义 . 1 1.2 研究的基本内容 . 1 1.2.1 主减速器的作用 . 1 1.2.2 主减速器的工作原理 . 2 1.2.3 国内主减速器的状况 . 2 1.2.4 国内与国外差 距 . 2 1.3 课题研究内容 . 3 第二章 主减速器的设计 . 4 2.1 主减速器概述 . 4 2.2 主减速器方案的选择 . 4 2.3 主减速器主从动齿
8、轮的支承方案 . 4 2.31 主动双曲面锥齿轮 . 4 2.32 从动双曲面锥齿轮 . 5 2.4 基本参数的选择与计算载荷的确定 . 5 2.41 齿轮计算载荷的确定 . 5 2.42 主减速器齿轮基本参数的选择 . 8 2.43 主减速器准双曲面圆锥齿轮的集合计算 . 11 2.44 主减速器锥齿轮强度计算 . 14 2.45 主减速器齿轮的材料及热处理 . 17 第三章 差速器的设计 . 19 3.1 差速器概述 . 19 3.2 差速器的结构形式选择 . 19 3.3 差速器齿轮的基本参数选择 . 20 3.31 行星齿轮数目的选择 . 20 3.32 行星齿轮球面半径 BR 的选择
9、 . 20 3.33 行星齿轮与半轴齿轮齿数的选择 . 21 3.34 差速器圆锥齿轮模数及半轴齿轮节圆直径的初步确定 . 21 3.35 压力角 . 22 3.36 行星齿轮轴直径 d 及支承长度 L . 22 3.4 差速器齿轮的集合计算 . 23 3.5 差速器齿轮的强度计算 . 24 第四章 轴的设计 . 26 4.1 主动锥齿轮轴的设计 . 26 4.11 锥齿轮齿面上的作用力 . 26 4.12 齿宽中点处的圆周力 . 27 4.13 锥齿轮的轴向力和径向力 . 28 4.14 轴和轴承的计算 . 29 4.15 齿轮轴承径向载荷的计算 . 30 4.16 主动锥齿轮轴参数设计 .
10、 30 4.17 主动锥齿轮轴的校核 . 31 4.2 行星齿轮轴的设计 . 33 4.21 行星齿 轮轴直径 d 及支承长度 L . 33 4.22 普通平键的选择 . 34 4.23 圆柱销的选择 . 34 4.24 计算载荷的确定 . 34 4.25 行星齿轮轴的强度计算 . 35 4.3 半轴的设计 . 35 4.31 半轴概述 . 35 4.32 半轴计算载荷的确定 . 36 4.33 半轴杆部直径的选择 . 36 4.34 半轴的强度计算 . 36 第五章 结论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 40 1 第一章 绪论 1.1 选题的背景与意义 通过学校的实习我对汽 车的构造
11、及各总成的原理有了一定的了解，同时结合以前课堂学习的理论知识，对 于进行汽车一些总成的设计有了一定的理论基础，现选择课题内容为对 BJ2022 汽车的使用性能的驱动桥（主减速器及差速器）进行设计。通过本课题可以进一步加深 对 汽车构造、汽车设计及汽车各总 成的工作原理， 特别是本课题 驱动桥中 的 主减速器及差速器与半轴的认识和了解； 同时经过设计过程，了解学习一些现代汽车工业的新设计方法及新技术， 对于即将从事汽车行业工作的我也是一种锻炼，为即将的工作做铺垫。 1.2 研究的基本内容 1.2.1 主减速器的作用 汽车传动系的总任务是传递发动机的动力，使之适应于汽车行驶的需要。在一般汽车的机械
12、式传动中，有了变速器还不能解决发动机特性与汽车行驶要求间的矛盾和结构布置上的问题。而主减速器是在汽车传动系中起降低转速，增大转矩作用的主要部件。当发动机纵置时还具有改变转矩旋转方向的作用。它是依靠齿数少的齿轮带齿数多的齿轮来实现减速的，采用圆锥齿轮传动则可以改变转矩旋转方向。汽车正常行驶时，发动机的转速通常 比较高，如果将 很 高的转速只靠变速箱来降低下来，那么变速箱内齿轮副的传动比则需要很大，齿轮的半径也相应加大，也就是说变速箱的尺寸会加大。另外，转速下降，扭矩必然增加，也加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。所以，在动力向左右驱动轮分流的差速器之前设置一个主减速器，可以使主减速器前
13、面的传动部件，如变速箱、分动器、万向传动装置等传递的扭矩减小，同时也减小了变速箱的尺寸和质量，而且操控灵敏省力。 2 1.2.2 主减速器的工作原理 从变速器或分动器经万向传动装置输入驱动桥的转矩首先传到主减速器，主减速器的一对齿轮增大转矩并 相应降低转速，以及当发动机纵置时还具有改变转矩的旋转方向。 1.2.3 国内主减速器的状况 现在国家大力发展高速公路网，环保、舒适、快捷成为汽车市场的主旋律。对整车主要总成之一的驱动桥而言，小速比、大扭矩、传动效率高、成本低逐渐成为汽车主减速器技术的发展趋势。 在产品上，国内汽车市场用户主要以承载能力强、齿轮疲劳寿命高、结构先进、易维护等特点的产品为首选
14、。目前己开发的产品，如陕西汉德引进德国撇 N公司技术的 485 单级减速驱动桥，一汽集团和东风公司的 13 吨级系列车桥为代表的主减速器技术，都是在有效吸收国外同 类产品新技术的基础上，针对国内市场需求开发出来的高性能、高可靠性、高品质的车桥产品。这些产品基本代表了国内车用减速器发展的方向。通过整合和平台化开发，目前国内市场形成了 457、460、 480、 500 等众多成型稳定产品，并被用户广泛认可和使用。设计开发上，CAD、 CAE 等计算机应用技术，以及 AUT 优 AD、 UG16、 CATIA、 proE 等设计软件先后应用于主减速器的结构设计和齿轮加工中，有限元分析、数模建立、虚
15、拟试验分析等也被采用 ;齿轮设计也初步实现了计算机编程的电算化。新一代减速器设计开发的突出特点是 :不仅在 产品性能参数上进一步进设计上完全遵从模块化设计原则，产品配套实现车型的平台化，造型和结构更加合理，更宜于组织批量生产，更适应现代工业不断发展，更能应对频繁的车型换代和产品系列化的特点，这些都对基础件产品提出愈来愈高的配套要求，需要在产品设计上不断地进行二次开发和持续改进，以满足快速多变的市场需求。 1.2.4 国内与国外差距 我国的车用减速器开发设计不论在技术上、制造工艺上，还是在成本控制上都存在不小的差距，尤其是齿轮制造技术缺乏独立开发与创新能力，技术手段落3 后 (国外己实现计算机编
16、程化、电算化 )。目前比较 突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次，缺乏有国际影响力的产品品牌，行业整体散乱情况依然严重。这需要我们加快技术创新、技术进步的步伐，提高管理水平，加快与国际先进水平接轨，开发设计适应中国国情的高档车用减速器总成，由仿制到创新，早日缩小并消除与世界先进水平的差距。目前，上汽集团、东风、一汽、北汽等各大汽车集团也正在开展合作项目，希望早日实与世界先进技术的接轨，争取设计开发的新突破。 1.3 课题研究内容 汽车主减速器是 汽车驱 动桥中的一个重要部件，汽车驱动桥处于动力传动系的末端，其基本功能是增
17、大由传动轴或变速器传来的转矩，并将动力合理的分配给左、右驱动轮，另外还承受作用于路面和车架或车身之间的垂直立、纵向力和横向力。驱动桥一般由主减速器、差速器、 半轴 和驱动桥壳组成。 本次设计主要先了解驱动桥的原理，对 BJ2022 汽车 驱动桥中的主减速器、差速器、半轴等重要部件等进行了详细的 设计。在设计过程中，根据汽车设计的原则与步骤，进行了详细的计算， 还对各部件进行了强度的校核 。 在本设计中还采用了 AutoCAD 绘图软件 进行了零件 图的绘制，通过对 AutoCAD 的编辑工具与命令的运用，掌握了从 AutoCAD 基础 零件的绘制到 各类零件图的创建与绘制的方法，并且理解了机械
18、图绘制的工作流程。为今后更好的学习和掌握各种应用软件和技能打下坚实的基础。 4 第二章 主减速器的设计 2.1 主减速器概述 汽车主减速器有单级式、双级式 等几种。由于单级式主减速器结构简单、质量小、尺寸紧凑以及造价低。 广泛用在主减速比 0 7.6i 的各种中、小型汽车上 。这次设计的为四轮驱动越野汽车 ， 主传动比 不到 7.6，故这次设计采 用单级 主减速器。 单级主减速器有螺旋锥齿轮、双曲面齿轮等两种形式。 主减速器的齿轮有弧齿锥齿轮、双曲面齿轮、 圆柱齿轮和蜗轮蜗杆等形式。在此选用准双曲面齿轮传动，双曲面齿轮与弧齿锥齿轮尺寸相同时，双曲面齿轮齿轮传动具有更大的传动比。此外由于偏移距地
19、存在，使得双曲面齿轮比相应的弧齿锥齿轮的尺寸要小，从而可以获得更大的离地间隙。还有就是双曲面传动的主动锥齿轮的螺旋角较大，同时啮合的齿数较多，重合度更大，即可提高传动的平稳性。 2.2 主减速器方案的选择 因为如果保持主动齿轮轴径不变，则双曲面从动齿轮直径比螺 旋锥齿轮小。所以一般情况下，当要求传动比大于 4.5 而轮廓尺寸又有限时，采用双曲面齿轮传动更合理。 2.3 主减速器 主 从动齿轮的支承方案 2.31 主动双曲面锥齿轮 对于在轿车和装载质量在 2T 以 下的载货汽车上，由于载荷较小，主减速器主动齿轮的轴线偏转角 的绝对值不大，所以主动锥齿轮最好采用结构简单，布置方便及成本较低的悬臂式
20、支承， 这样既保证了支承刚度又能使结构简单，方便5 制造。 2.32 从动双曲面锥齿轮 从动锥齿轮的支承选择跨置式的，这种支承可以增大 支承刚度，使轴承负荷减小，齿轮啮合条件改善。 2.4 基本参数 的 选择与计算载荷的确定 2.41 齿轮计算载荷的确定 由于汽车行驶时传动系载荷的不稳定性，因此要准确地算出主减速器齿轮的计算载荷是比较困难的。通常是将发动机最大转矩配以传动系最低挡传动比时和驱动车轮在良好路面上开始滑转时这两种情况下作用在主减速器从动齿轮上的转矩的较小者，作为载货汽车和越野汽车在强度计算中用以验算主减速器从动齿轮最大应力的载荷。 1）、按发动机最大转矩和最低挡传动比确定从动锥齿轮
21、的计算转矩 ceT ： m ax 1 0d e fce K T ki i iT n (2-1) 式中， ceT 为计算转矩 (N m)； dK 为猛接离合器所产生的动载系数，液力自动变矩器： dK =1，具有手动操纵的机械变速器的高性能赛车： dK =3，一般情况下取 dK =2。本文取 dK =2； maxeT 为发动机最大转矩， maxeT =180N m， k 为液力变矩器变矩系数， k =1.7 ； 1i 为低挡传动比， 1i =3.93 ； fi 为分动器传动比，fi =2.6； oi 为总传动比， oi =4.55； 为传动效率， =0.9； n 为计算驱动桥数； n =2。带入公式得：
